Нейтронная радиография

НЕЙТРОННАЯ РАДИОГРАФИЯ (а. neutron radiography; Н. Neutronenradiographie; ф. radiographie neutronique; и. radiografia neutronica) — получение изображения образца в результате воздействия на детектор вторичных излучений, возникающих при облучении или просвечивании образца нейтронами.

Нейтронная радиография — метод неразрушающего контроля; применяется в основном для исследования минералов, металлов, сплавов, водородсодержащих веществ и др. с целью выявления в них неоднородностей или примесей и их расположения. Нейтронная радиография позволяет обнаруживать в минералах, горных породах и рудах включения, содержащие элементы, сильно поглощающие нейтроны на фоне породообразующих элементов, которые, как правило, слабо поглощают нейтроны.

Метод нейтронной радиографии основан на разной вероятности взаимодействия (поглощения, рассеяния) нейтронов атомными ядрами различных элементов. Наибольшее различие (до пяти порядков) в сечениях взаимодействия с ядрами элементов имеют тепловые нейтроны, получаемые замедлением нейтронов источника до тепловых энергий и эффективно используемые для большинства задач нейтронной радиографии.

Для получения изображения объекта может быть использовано излучение, индуцированное нейтронами, как в самом образце, так и в специальном дополнительном экране. В первом случае на образец (в виде шлифа) накладывается детектор (фотоплёнка, трековый детектор), чувствительный к регистрируемому вторичному излучению, и образец облучается нейтронами. Продукты ядерных реакций регистрируются во время облучения образца или после облучения за счёт наведённой радиоактивности. После проявления изображения на плёнке наблюдаются участки с различной степенью почернения; более тёмные участки соответствуют участкам шлифа, которые содержат ядра, сильнее поглощающие нейтроны и интенсивнее испускающие вторичное излучение.

Другим распространённым методом нейтронной радиографии является просвечивание исследуемого объекта коллимированным пучком нейтронов. При этом определяется степень ослабления первичного нейтронного потока в результате его поглощения или рассеяния ядрами различных элементов. Это позволяет судить о внутреннем строении и составе исследуемого образца, выявлять зёрна редкоземельных минералов, золота и др., определять малые содержания бора в горных породах. Высокое сечение рассеяния нейтронов на водороде даёт возможность обнаружения малых концентраций водорода, определения гидридов.

При просвечивании, для регистрации прошедших через образец нейтронов, используются дополнительные экраны-преобразователи (например, фольга из гадолиния, диспрозия, индия), которые служат источником вторичного излучения, регистрируемого детектором. На снимках, получаемых методом просвечивания, участкам образца, содержащим элементы, сильно поглощающие нейтроны, соответствуют более светлые места на плёнке. Источниками нейтронов для нейтронной радиографии служат либо стационарные установки (ядерные реакторы, ускорители), либо радиоизотопные источники (например, калифорний), допускающие возможность их транспортировки.

В качестве процессов получения вторичного излучения используются различные ядерные реакции, соответствующие поставленной задаче. Наиболее часто применяется реакция радиационного захвата нейтронов, приводящая к образованию радиоактивных ядер, испускающих при распаде бета-частицы (для обнаружения золота, серебра, индия и др.). Образующиеся в процессе (n, а) реакции альфа-частицы могут использоваться для определения содержания бора, лития. Процесс деления ядер тяжёлых элементов, приводящий к образованию осколков деления, используется для обнаружения тория, урана.

Количественные результаты при обработке нейтронных радиограмм получаются путём определения оптической плотности изображения на различных участках или подсчётом числа треков на трековом детекторе.